絕對與相對統(tǒng)一論

毛逢銀

(四川輕化工大學(xué) 圖書館，四川 自貢 643000)

愛因斯坦等人在認(rèn)識(shí)到“絕對論”的局限性之后，拋棄了絕對時(shí)空觀，以“相對性原則”和“光速不變原則”為基礎(chǔ)，建立了狹義相對論。雖然，該理論產(chǎn)生已經(jīng)過去了一百多年，但對它的質(zhì)疑和爭論依然不休。既有贊成者，也有反對之聲。有的要發(fā)展狹義相對論，有的則要求回到絕對論。因此，筆者曾對狹義相對論所面臨的問題和困難做過較全面的剖析，并在充分總結(jié)前人的理論思維成果和近代物理實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過哲學(xué)的綜合推論認(rèn)為，“相對”與“絕對”是對立統(tǒng)一的矛盾雙方，雙方互為存在的前提，既互相對立又互相統(tǒng)一，失去一方，對方也將失去存在的條件，二者不能割裂。[1]因此，無論是牛頓的絕對時(shí)空觀還是愛因斯坦的相對論時(shí)空觀都只是相對真理，也必然會(huì)出現(xiàn)各種困難和爭論。所以，筆者提出，只有用“絕對與相對統(tǒng)一”的思想才能解決所面臨的困難。

一、 絕對與相對統(tǒng)一的本質(zhì)意義

對狹義相對論的質(zhì)疑與爭論涉及的問題如此之多，這除它的基礎(chǔ)不完備之外，還有一個(gè)更主要的原因是包括愛因斯坦本人在內(nèi)，沒有對所涉及的相關(guān)問題的物理機(jī)制進(jìn)行深入的研究，對所依據(jù)的兩個(gè)基本假設(shè)的本質(zhì)也沒有進(jìn)一步闡釋。比如光速不變，有人理解為回路光速不變，也有人認(rèn)為是光源是否運(yùn)動(dòng)不改變光速(這一點(diǎn)已被實(shí)驗(yàn)證實(shí))，還有人認(rèn)為不論光源是否運(yùn)動(dòng)以及觀測者是否運(yùn)動(dòng)都不改變光速(還未被實(shí)驗(yàn)證實(shí))。愛因斯坦本人也在不同時(shí)期有不同理解，在1905年使用雙向光速不變[2]，而在1952年則使用單向光速不變[3]90。以至于對其推導(dǎo)出的結(jié)果的理解都無法統(tǒng)一。因此，為避免歧義，先對絕對相對統(tǒng)一論依據(jù)的基礎(chǔ)做出說明。

第一，絕對相對統(tǒng)一論是絕對與相對的統(tǒng)一理論，它要求必然存在絕對靜止參考系(簡稱“靜止參考系”)。它相當(dāng)于目前人們所說的真空系統(tǒng)或真空背景場，現(xiàn)代物理研究表明“真空不空”已經(jīng)證明了這一點(diǎn)[4]；也類似于前人曾經(jīng)提出的“以太”，把真空系統(tǒng)作為絕對靜止參考系，不能理解為“以太”在真空中就是絕對靜止不動(dòng)的，相反，它應(yīng)該是處在不停的劇烈的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)中。真空充滿“以太”這一點(diǎn)是非常重要的，根據(jù)筆者的研究，它是組成物質(zhì)粒子的基礎(chǔ)，也是萬物發(fā)生相互作用的基礎(chǔ)，更是光傳播的媒介，具體情況可參看文獻(xiàn)[5]。傳統(tǒng)的思維之所以無法調(diào)和以太相矛盾的基本屬性，甚至不能理解物體為什么能無摩擦地在以太中穿行，那都是因?yàn)榍叭税盐镔|(zhì)與以太割裂開來，把它們理解為相互獨(dú)立的兩個(gè)部分，從而得出真空中的以太密度極稀薄等的論斷。[5]

第二，狹義相對論認(rèn)為的光速不變，沒有事先闡釋清楚其確切的意義，在其推導(dǎo)過程中也不統(tǒng)一。因此，對光速不變的本質(zhì)就應(yīng)重新認(rèn)識(shí)。由于真空媒介必然存在，那么光就是在其中傳播的一種波，符合光的波動(dòng)說(對這一點(diǎn)一定會(huì)有很多質(zhì)疑，認(rèn)為無法理解光的粒子性等，關(guān)于這一點(diǎn)筆者將在《光量子模型》一文中單獨(dú)論述)，那么光速不變應(yīng)該是指所有慣性參考系發(fā)出的光(無論參考系以多大速度相對于靜止參考系運(yùn)動(dòng))，在真空中傳播，由于傳播介質(zhì)不發(fā)生整體運(yùn)動(dòng)，因此，必然與光源是否運(yùn)動(dòng)無關(guān)。即相對于靜止參考系的速度是不變的，且恒等于c；但與測量的參考系是否相對于靜止參考系運(yùn)動(dòng)有關(guān)(對這一點(diǎn)的理解可以參考聲波和水波的傳播過程)。

第三，相對性的意義。表明相對于靜止參考系運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)將產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)效應(yīng)。即相對于靜止參考系以不同速度運(yùn)動(dòng)的參考系，時(shí)間的流逝速率和物體的長度等，應(yīng)該與其運(yùn)動(dòng)速度相關(guān)?；蛘呶覀儾荒苁孪却_定或規(guī)定它們之間的“比對”關(guān)系，更不能事先規(guī)定兩個(gè)參考系是平權(quán)的(而狹義相對論是根據(jù)宏觀物體在低速相對運(yùn)動(dòng)所表現(xiàn)出的現(xiàn)象進(jìn)行的推論，從而假定勻速運(yùn)動(dòng)的慣性參考系之間是平權(quán)的)。另外，把時(shí)間理解為事物發(fā)展、 生長變化的快慢，因此定義為周期性事件節(jié)律變化的快慢。那么，處于靜止參照系中的時(shí)鐘按照“標(biāo)準(zhǔn)走時(shí)率”運(yùn)動(dòng)，處于相對靜止參考系運(yùn)動(dòng)的慣性參考系(簡稱“運(yùn)動(dòng)參考系”)的時(shí)鐘“走時(shí)率”將發(fā)生變化。

二、 絕對相對統(tǒng)一論的基本假設(shè)

根據(jù)前述絕對相對統(tǒng)一論的本質(zhì)論述，我們提出如下假設(shè)。

假設(shè)一：存在一個(gè)在空間上顯示各向同性的真空系統(tǒng)，即靜止參考系，光在其中傳播，各方向的速度都為c。

假設(shè)二：相對于靜止參考系運(yùn)動(dòng)的物體，其長度的變化只發(fā)生在運(yùn)動(dòng)方向上，并只與運(yùn)動(dòng)速度相關(guān)，具有絕對意義。

假設(shè)三：由于狹義相對論沒有對時(shí)間做出定義，只把它設(shè)定為兩個(gè)事件發(fā)生的間隔，所以不涉及時(shí)間的本質(zhì)意義。所有參考系之間的時(shí)間比對則靠相互測量來完成，而測量必須使用傳輸信號(hào)，且必然與參考系所處的空間位置有關(guān)。狹義相對論用光信號(hào)作為傳輸信號(hào)，所以與光速發(fā)生了聯(lián)系。這種方法測出的時(shí)間是一種表觀時(shí)間的流逝，必然會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)相互運(yùn)動(dòng)的慣性參考系都會(huì)認(rèn)為對方的鐘走得更慢的悖論。而根據(jù)絕對相對統(tǒng)一論的本質(zhì)意義的第三條，時(shí)間為事物周期節(jié)律變化的快慢(也是時(shí)間流逝的快慢)，這種快慢與能量傳輸?shù)目炻o密相連，而能量的傳輸在微觀本質(zhì)上與真空系統(tǒng)相聯(lián)系，并與光的傳播本質(zhì)一致。因此假定時(shí)間的流逝速率與參考系運(yùn)動(dòng)速率相關(guān)，而與參考系運(yùn)動(dòng)方向無關(guān)。為不失一般性和便于比對，所以，把時(shí)間的量度設(shè)定為光在真空中走完同樣一個(gè)回路所需要的時(shí)間。

三、 絕對相對統(tǒng)一論的相關(guān)推導(dǎo)

根據(jù)絕對相對統(tǒng)一論的基本假設(shè)及其本質(zhì)意義，導(dǎo)出相對靜止參考系運(yùn)動(dòng)的參考系與靜止參考系之間各物理量的比對關(guān)系。

為簡單起見，設(shè)光脈沖從A點(diǎn)出發(fā)經(jīng)過距離L后到達(dá)B點(diǎn)的反光鏡再返回A點(diǎn)，完成一個(gè)周期。(如圖1所示。特別注意：A、B必須是通過中間物體相連的體系，而不能在空間上相互獨(dú)立，這樣才能代表是一個(gè)物體。) 設(shè)在靜止參考系中完成該過程的時(shí)間為T1，在相對靜止參考系以速度v運(yùn)動(dòng)的參考系完成該過程的時(shí)間為T2。

圖1 在靜止參考系中光走完一個(gè)回路的情形

在靜止參考系中，很明顯：

T1=TAB+TBA=2L/c

(1)

c為真空中的光速。在以速度v運(yùn)動(dòng)的參考系中，當(dāng)運(yùn)動(dòng)方向與光路平行時(shí)(如圖2所示)，T2=TAB+TBA。在AB階段，光脈沖實(shí)際走過的距離為AB1，根據(jù)絕對相對統(tǒng)一論第二條，由于存在相對運(yùn)動(dòng)效應(yīng)，不能事先認(rèn)定運(yùn)動(dòng)參考系中AB的長度仍為L，因此假設(shè)為γL，γ為與速度相關(guān)的系數(shù)。則γL+VTAB

圖2 運(yùn)動(dòng)方向與光路平行的情形

同理，在BA階段：cTBA=γL-vTBA

(2)

(3)

當(dāng)光路與運(yùn)動(dòng)方向垂直時(shí)(如圖3所示)，根據(jù)基本假設(shè)第二條，γ變?yōu)?，T2=TAB+TBA，在AB階段，光脈沖實(shí)際走過的距離為AB1。

圖3 運(yùn)動(dòng)方向與光路垂直的情形

(4)

(5)

根據(jù)基本假設(shè)第三條，將(3)直接代入(5)得：

上述推出的結(jié)果與狹義相對論一致。

四、 關(guān)于絕對相對統(tǒng)一論的說明

從推導(dǎo)出的公式可以得出，物體相對靜止參考系的運(yùn)動(dòng)速度不能等于或大于光速，即相對于靜止參考系運(yùn)動(dòng)的物體存在最高速度限制，不能超過光速(這是因?yàn)闉榧铀傥矬w提供能量的最高速度就是真空中的光速，這也是為什么加速接近光速的物體比較困難的原因)。但相對運(yùn)動(dòng)的兩物體之間的速度則可以超過光速。另外，狹義相對論使用光速c是作為信號(hào)傳輸速度，而絕對相對統(tǒng)一論則理解為能量傳輸速度，所以，兩者本質(zhì)意義上的差異就明顯了。同時(shí)兩個(gè)理論都做了理想化處理，即假定為事件發(fā)生在真空環(huán)境下的情況。因此，不適用于有改變真空背景的場合，如在大質(zhì)量物體或黑洞等附近。也就不能因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)宇宙中有超過真空中光速的現(xiàn)象而否定這類理論。也就是說，假如可以利用超光速v傳輸信號(hào)，只需將光速c改為超光速信號(hào)的速度v即可；同樣，如果發(fā)現(xiàn)宇宙中存在超光速v傳輸能量，只需將光速c改為能量傳輸速度v，而不能因此否定絕對相對統(tǒng)一論(按絕對相對統(tǒng)一論，在真空場合，不存在超光速能量傳輸；在非真空場合，能量的傳輸速度將小于光速c，只需將光速換成實(shí)際的傳輸速度即可)。

絕對相對統(tǒng)一論解決了狹義相對論面臨的所有問題。如慣性參考系的定義不存在邏輯循環(huán)問題；孿生子佯謬也完全解決了，而不需要借助廣義相對論等。外出旅行的孿生子一定比地球上的年輕(注意：實(shí)際上地球也是運(yùn)動(dòng)參考系，不是靜止參考系，只有外出旅行的孿生子以高于地球相對靜止參考系運(yùn)動(dòng)的速度才會(huì)更年輕)；滑落悖論問題也好理解了，如果是滑塊處于絕對運(yùn)動(dòng)，其長度縮短，滑塊就會(huì)掉下去，如果是組成缺口的物體處于絕對運(yùn)動(dòng)，缺口長度收縮，滑塊會(huì)順利通過；與之類似的其他悖論如潛水艇悖論等同樣不存在了。

絕對相對統(tǒng)一論的驗(yàn)證方法?？梢岳迷摾碚撆c狹義相對論在對光速認(rèn)識(shí)上的差異來進(jìn)行，即狹義相對論認(rèn)為光速相對于慣性參考系是不變的，而絕對相對統(tǒng)一論則認(rèn)為光速是與測量者的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相關(guān)的。因此，準(zhǔn)確測量單程光速就是關(guān)鍵，董晉曦[6]提出了一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，但該方案需要兩個(gè)高頻(109Hz)同頻開關(guān)(幾分鐘或更長時(shí)間內(nèi)頻率漂移不超過1次)，目前的技術(shù)要達(dá)到這一點(diǎn)還存在一定困難。因此期待有新的實(shí)驗(yàn)方法可以精確測量單程光速，測量地球繞太陽公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)引起測量參考系變化后光速的情況，就可以做出判定了。

綜上所述，絕對相對統(tǒng)一論解決了狹義相對論面臨的所有問題，為理論的發(fā)展提出了新的方向，也給相關(guān)實(shí)驗(yàn)技術(shù)提出了方向和更高的要求。即使這些能夠得到實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證，我們也不能因此否認(rèn)狹義相對論劃時(shí)代的偉大意義。愛因斯坦等一批科學(xué)家在認(rèn)識(shí)了絕對論的不足之后，大膽提出了相對論，使人們對時(shí)空本質(zhì)的相對性方面有了更多的認(rèn)識(shí)和理解，也才有可能促使我們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)時(shí)空的絕對相對統(tǒng)一性。